1、第三章 空间数据处理1、为什么要进行几何校正？原因：1）数字化仪的坐标设置与用户需求不一致2）数字图纸发生变形3）投影、比例尺差异即实现对数字花数据的坐标系统转换和图纸变形误差的纠正2、一般 GIS 软件中都具有哪些几何纠正功能？1）仿射变换，包括比例缩放、扭曲、旋转、平移2）相似变换3）二次变换3、空间数据处理中的数据结构变换中的矢量到栅格：线栅格化使用的是什么办法？答：1）线的栅格化可分解成组成折线的每一个线段的栅格化2）对于每一个线段的栅格化，先使用点栅格化的方法栅格化线段的两个端点，再栅格化线段中间的部分。3）线段中间部分的栅格化分两种情况处理。一是列数差大于行数差的时候，平行于 y
2、轴做每一列的中心线，成为扫描线。求每一条扫描线与线段的交点，按点的栅格化方法将交点转化为栅格坐标。二是当行数差大于列数差的时候，平行于 x 轴做每一行的中心扫描线，再求每一条扫描线与线段的交点，按点的栅格化方法将交点转化为栅格坐标。4、矢量数据为什么需要压缩？常见的压缩方法有什么？压缩的结果与之前的相比有什么不同？答：1）对矢量数据能进行化简其本质的原因在于一是原始数据存在一定的冗余，这种数据冗余一方面是数据采样过程中不可避免产生的；另一方面是由于具体应用变化而产生，比如大比例尺的矢量数据用于小比例尺的应用时，就会存在不必要的数据冗余。因此应该根据具体应用来选择合适的矢量数据化简算法。2）常见
3、的压缩方法是道格拉斯-佩克算法，实现对现状实体上点的数量的压缩。3）压缩之后数据会有一定的丢失，阀值之外的折线或弯曲被删除。5、什么是空间内插？答：通过已知点或多边形分区的数据，找到一个函数关系式，从而由这个关系式推求任意点或多边形分区数据的方法，即同未知点附近的已知数据点的高程，推测未知点处的数据，就称为空间内插。对应的实习部分1、 一般从扫描仪上得到的地图有什么问题？坐标不一致、图纸发生变形2、 试实验中采用了什么方法和过程进行了扫描地图的几何校正？首先是确定图面四个角点的原有坐标系统和对应目标坐标系统的坐标，利用仿射变换，计算出合适的坐标转换函数。第二步是进行灰度重采样。拓扑关系：图形在
4、保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质或空间实体之间的关系TIN 模型：TIN 即不规则三角网（Triangulated Irregular Network），是一种表示数字高程模型的方法。TIN 模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。元数据的内容包括对数据集的描述
5、、）对数据质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库的更新、集成等的说明。信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。DTM 与 DEM：DTM 为数字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model），简称 DEM。论述点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。（1）点与多边形叠加点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点
6、的包含关系，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上。当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时，则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和等信息叠加到多边形上。通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性信息。通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原图层中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（
7、点），二者经叠加分析后，并且将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询，指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。（2）线与多边形叠加线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询
8、指定多边形内指定线穿过的长度。如果线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段，可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。（3）多边形叠加多边形叠加是 GIS 最常用的功能之一。多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。叠加过程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行
9、多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多边形，属性分配过程最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到输入图层的属性表。这种属性分配方法的理论假设是多边形对象内属性是均质的，将它们分割后，属性不变。也可以结合多种统计方法为新多边形赋属性值。多边形叠加完成后，根据新图层的属性表可以查询原图层的属性信息，新生成的图层和其它图层一样可以进行各种空间分析和查询操作。根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求，一般的 GIS 软件都提
10、供了三种类型的多边形叠加操作：并、叠和、交。矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。（1）矢量向栅格转换矢量格式向栅格格式转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，从而形成栅格数据阵列。几种主要的算法描述如下：a）内部点扩散算法：由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点填满该多边形并遇到边界停止为止。b，则该待判点属于此多边形，赋
11、以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。b）复数积分算法：对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为 2c）射线算法和扫描算法：射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部。要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。d）边界代数算法：它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。若多边形编号为 a
12、，初始化的栅格阵列各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时，位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a；当边界下行时，该边界左边所有栅格点加一个值 a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。（2）栅格格式向矢量格式的转换多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤：a）多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点；b）边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他 7 个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段；c）拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；d）去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余；搜索结果，曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需采用一定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有：线形迭代法；分段三次多项式插值法；正轴抛物线平均加权法；斜轴抛物线平均加权法；样条函数插值法。
